Un equipo de científicos dirigido por investigadores de la Universidad Caltech pudo dar un paso pequeño pero significativo en el desarrollo de computadoras químicas libremente programables. Como elementos computacionales básicos en tales sistemas se utilizan conjuntos de ADN, que por su esencia natural tienen la capacidad de autoorganizarse y crecer. Todo lo que se necesita para que funcionen los sistemas informáticos basados en el ADN es agua tibia y salobre, un algoritmo de crecimiento codificado en el ADN y un conjunto básico de secuencias de ADN.
Hasta ahora, la "computación" con ADN se ha realizado estrictamente utilizando una única secuencia. Los métodos actuales no eran adecuados para cálculos arbitrarios. Los científicos de Caltech lograron superar esta limitación y presentaron una tecnología que puede ejecutar algoritmos arbitrarios utilizando un conjunto básico de elementos de ADN condicionalmente lógicos y una muestra de 355 secuencias básicas de ADN responsables del algoritmo de "cálculo", un análogo de las instrucciones de computadora. Se introducen en la solución salina una "semilla" lógica y un conjunto de "instrucciones", después de lo cual comienza el cálculo: el montaje de la secuencia.
El elemento básico o "semilla" es un pliegue de ADN (origami de ADN), un nanotubo de 150 nm de largo y 20 nm de diámetro. La estructura de la “semilla” permanece prácticamente sin cambios independientemente del algoritmo que se calcule. La periferia de la “semilla” está formada de tal manera que en su extremo comienza el ensamblaje de secuencias de ADN. Se sabe que la cadena de ADN en crecimiento se ensambla a partir de secuencias que coinciden con las secuencias propuestas en estructura molecular y composición química, y no al azar. Dado que la periferia de la “semilla” está representada en forma de seis puertas condicionales, donde cada puerta tiene dos entradas y dos salidas, el crecimiento del ADN comienza a obedecer una lógica (algoritmo) determinada que, como se mencionó anteriormente, está representada por un conjunto dado de secuencias de ADN de 355 básicas colocadas en una solución.
Durante los experimentos, los científicos demostraron la posibilidad de ejecutar 21 algoritmos, incluido contar del 0 al 63, elegir un líder, determinar la división entre tres y otros, aunque no todo se limita a estos algoritmos. El proceso de cálculo avanza paso a paso, a medida que las cadenas de ADN crecen en las seis salidas de la “semilla”. Este proceso puede tardar de uno a dos días. Hacer una "semilla" lleva mucho menos tiempo, de una hora a dos. El resultado de los cálculos se puede ver con sus propios ojos bajo un microscopio electrónico. El tubo se despliega formando una cinta, y en la cinta, en las ubicaciones de cada valor "1" en la secuencia de ADN, se adjunta una molécula de proteína visible al microscopio. Los ceros no son visibles a través de un microscopio.
Por supuesto, en su forma actual, la tecnología está lejos de realizar cálculos completos. Hasta ahora es como leer una cinta de un teletipo, a lo largo de dos días. Sin embargo, la tecnología funciona y deja mucho margen de mejora. Quedó claro en qué dirección podemos avanzar y qué hay que hacer para acercar las computadoras químicas.
Fuente: 3dnews.ru